秸秆还田与化肥配施对油菜-水稻产量构成因素及经济效益的影响

吴玉红，陈 浩，郝兴顺*，田霄鸿，崔月贞，张春辉

(1.汉中市农业科学研究所，陕西 汉中 723000；2.西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨凌 721000)

【研究意义】随着农业生产集约化程度的不断提高，化肥用量日益增长，厩肥、绿肥等有机肥投入严重不足，秸秆已成为重要的有机肥源[1-2]。秸秆还田是化肥减量及有机养分替代的主要技术[3]，是构建生态农业的重要举措[4]。汉中盆地是优质籼稻的适宜生态区，是陕西省水稻主产区，面积和总产占到全省70 %以上，此外汉中油菜花海已成为陕西省乡村旅游著名品牌[5]，水稻和油菜种植对本地区农民增收具有重要作用。稻-油轮作是汉中盆地主要种植制度,但水稻和油菜生产中有机肥投入严重不足，同时随着农村劳动力的转移，油菜水稻机械化收获呈逐年上升趋势，秸秆还田成为必然选择，因此，探明稻-油轮作体系中秸秆还田效应，最大限度地发挥秸秆还田综合效益成为汉中地区当前迫切需要解决的问题。【前人研究进展】稻草还田显著影响水稻有效穗数[6]，稻-麦轮作体系中长期秸秆还田能够增加穗数和穗粒数[7]。施肥是影响油菜分枝数、角果数、籽粒产量[8]和水稻有效穗、穗粒数及产量的重要农艺措施[9]。秸秆还田和氮磷钾肥配施利于构建油菜良好的产量构成因子[10]。当前针对小麦-玉米、水稻-小麦、水稻-油菜轮作体系秸秆还田对土壤理化性质、作物产量影响的研究较多[11-13]，而针对陕西南部水稻-油菜轮作系统中秸秆还田与化肥配施对作物产量构成因素及经济效益研究较为缺乏。【本研究切入点】本文进行了秸秆还田基础上减少化肥施用量的可行性分析，开展了秸秆还田和化肥配施对稻油轮作作物产量构成因素、产量及经济效益影响研究。【拟解决的关键问题】旨在探索适宜汉中盆地稻-油轮作体系中提高产量、增加效益、生态环保的技术模式，以期为秸秆还田与化肥协同配施技术的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省勉县汉中市农业科学研究所试验示范站(33°09' 38"N，106°54' 56" E)，海拔约600 m，属易湿润区，无霜期260 d，年均气温14 ℃左右，年均降水量800～1000 mm，≥10 ℃年积温为4 480 ℃。供试土壤类型为黄褐土型潴育性水稻土。试验前土壤基本理化性质为pH 5.19，有机质含量18.8 g/kg，全氮含量1.25 g/kg，速效磷含量35.3 mg/kg，速效钾含量78.9 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2015-2017年期间进行，始于2015年10月，实行油菜-水稻轮作。油菜季和水稻季均设置5个处理：① 秸秆不还田+常规施肥(SN+NPK)；② 秸秆常规还田+常规施肥(S+NPK)；③ 秸秆促腐还田+常规施肥(SD+NPK)；④ 秸秆促腐还田+化肥减量15 %(SD+85 %NPK)；⑤ 秸秆促腐还田+化肥减量30 %(SD+70 %NPK)。水稻、油菜肥料均使用尿素(46 %)、洋丰复合肥(14-16-15)、氯化钾(60 %)。秸秆腐熟剂施用山东君德牌高活性秸秆腐熟剂(枯草芽孢秆菌，有效活菌数≥20亿/g，使用量30 kg/hm2)。秸秆还田方式及田间操作见表1。试验小区面积0.12 hm2，东西长80 m，南北宽15 m，每个处理0.36 hm2。为便于机械化作业，采用大区试验设计，随机排列，每个处理重复3次，3个小区顺序排列。

油菜栽培及田间管理措施：供试品种丰油737，分别于2015年10月1日播种，2016年5月20日收获，2016年10月1日播种，2017年5月22日收获，油菜常规施肥N 165 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，Na2B4O7·10H2O 15 kg/hm2，化肥减量处理为NPK同时减少相应的比例。所有处理中氮肥70 %做底肥，30 %做追肥，磷钾肥及硼肥均做基肥。

水稻栽培及田间管理措施：供试水稻品种为中籼稻黄华占，2016年于4月10日育秧，5月30日机械插秧，9月23日收获。2017年于4月10日育秧，6月1日机械插秧，9月25日收获。水稻常规施肥量为N 180 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 92.5 kg/hm2。化肥减量处理为NPK同时减少相应的比例。所有处理中氮肥分移栽前基施、移栽后5 d追施、移栽后10 d追施，比例为6∶2∶2，磷钾肥一次基施。

1.3 项目测定与方法

1.3.1 作物测产 水稻、油菜测产：每个处理按“S”形选取5个5 m×5 m的样方，单收脱粒后晒干称量测产。

1.3.2 油菜考种 2016 和2017年油菜成熟期从每个处理每个重复选择5点，每点选择生长正常、无病害、无机械损伤的 10 个样株，分别调查株高、分枝部位、一次分枝数、分枝部位、主花序角数、主花序角果数 、分枝角数、角果长度、每角粒数、千粒重。

1.3.3 水稻考种 2016 和2017年水稻成熟期从每个处理每个重复选择5点，每点选择生长正常、无病害、无机械损伤的 10 穴样株，调查有效穗、穗粒数、空粒数、千粒重。

表1 油菜、水稻秸秆还田方式及田间操作

1.4 数据处理

采用Excel 2003软件处理数据和绘图，采用DPS 7.05统计分析软件对数据进行方差分析及差异显著性检验(LSD法，P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田和化肥配施对油菜、水稻产量构成因素及产量的影响

2.1.1 秸秆还田和化肥配施对油菜产量构成因素及产量的影响 由表2可知，年份对油菜株高、分枝部位、一次分枝数、主花序长度、每角粒数的影响显著。秸秆还田和化肥配施处理对株高、分枝部位、主花序长度、角果长度的影响达到极显著水平，对一次分枝数、主花序角数的影响达到显著水平。年份、秸秆还田处理二者交互效应除对株高、一次分枝数及千粒重的影响不显著，对其他因素的影响达显著或是极显著水平。与SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK处理2016、2017年油菜产量的增幅分别为19.91 %、13.27 %、-4.27 %、-13.68 %和9.77 %、24.00 %、1.77 %、0 %，可见随着秸秆还田年限增加对油菜产量的增产作用在逐渐加强，因化肥减量引起的减产效应在逐渐减弱。从产量构成因素分析，2016年秸秆还田与常规化肥配施增产主要是增加了主花序角数、分枝角数和角粒数，秸秆还田与化肥减量配施油菜籽粒产量降低主要是分枝角数和千粒重显著降低。2017年秸秆还田与常规化肥配施油菜籽粒增产主要是增加了每角粒数，秸秆还田与化肥减量配施油菜籽粒产量降低主要是每角粒数和千粒重显著降低。说明化肥减量对油菜千粒重影响较大。化肥减量后油菜株高显著降低、分枝部位下降，影响个体生长发育。

表2 不同处理对油菜产量构成因素和产量的影响

续表2 Continued table 2

2.1.2 秸秆还田和化肥配施对水稻产量构成因素及产量的影响 由表3可知，年份对水稻每穗粒数、结实率影响及产量显著，对有效穗和千粒重影响不显著。秸秆还田与化肥配施处理对水稻产量构成因素和产量影响显著，二者交互效应仅对水稻产量影响显著，而对产量构成因素影响不显著。与SN+NPK相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK处理2016、2017年水稻产量的增幅分别为2.46 %、9.67 %、-1.47 %、-3.67 %和0.61 %、3.03 %、-6.66 %、-10.06 %。从产量构成因素分析，2016和2017年趋势基本一致，秸秆还田与常规化肥配施水稻增产主要是提高了结实率、有效穗，秸秆还田与化肥减量配施水稻籽粒产量降低主要是每穗粒数、结实率、有效穗、千粒重均显著降低。说明化肥减量对水稻产量构成因素影响较大。

表3 不同处理对水稻产量构成因素和产量的影响

表4 稻油轮作体系下不同处理对周年经济效益的影响

2.2 稻油轮作体系下秸秆还田和化肥配施对周年经济效益的影响

从表4可以看出，与秸秆不还田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK处理周年产值和周年经济效益2年平均增幅分别为7.43 %、8.47 %、-4.22 %、-9.17 %和24.02 %、23.91 %、5.06 %、-0.57 %。秸秆还田与常规化肥配施增加了产值和效益，效益增幅高达23.91 %以上。秸秆还田与化肥减量15 %配施虽然产值下降，但是降低了化肥投入成本、节约了秸秆移除的劳动力成本，周年经济效益两年平均增幅5.06 %。本试验条件下油菜和水稻两季作物秸秆全量常规还田配施常量化肥经济效益最佳，较两季不还田周年经济效益两年平均每公顷增加5394.26元。油菜、水稻全量促腐还田与化肥减量15 %配施虽然对作物产量有影响但可以降低环境污染风险，节约成本，增加经济效益。SD+85 %NPK处理周年经济效益2年平均每公顷较S+NPK增收1032.15元。

3 讨 论

当前我国油菜生产机械化程度低，劳动力成本高，成为制约油菜持续发展的瓶颈[14]。但机械收获要求油菜成熟期株高矮、分枝少[15]。本试验条件下秸秆还田与常规化肥配施处理促进了油菜生长和一次分枝数，而秸秆还田与化肥减量处理则降低了油菜株高和一次分枝数。施肥是维持和提高作物产量的重要措施，不同作物对肥料的响应差异较大[16]，王伟妮等[17]研究表明油菜的肥料贡献率为 56.2 %，水稻为 29.6 %，油菜产量受肥料影响大于水稻。本研究中，与常规施肥秸秆不还田相比，S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK、SD+70 %NPK处理两年油菜产量和水稻产量增幅分别为14.82 %、18.63 %、-1.25 %、-6.84 %和1.54 %、6.35 %、-4.07 %、-6.86 %，可见在秸秆还田与常规化肥配施时，油菜产量增幅显著高于水稻，且秸秆还田与化肥减量配施，油菜和水稻产量均表现为下降，且随着化肥减量比例的增加，产量降幅增大，说明化肥减量减产的负效应大于秸秆还田增产的正效应。可能因为常规施肥条件下更有利于秸秆腐解促进其养分的释放，化肥减量条件下秸秆腐解过程中易和作物竞争养分，致使养分供应不足。两种作物相比，化肥减量条件下，油菜产量降幅小于水稻，可能是因为作物对肥料响应差异以及秸秆在不同条件下腐解差异所至，秸秆还田化肥减量条件下水稻对减肥的响应较油菜敏感，导致水稻减产幅度大于油菜。

秸秆还田方式和秸秆还田可以替代的化肥减量比例对作物产量的影响在不同种植体系中差异较大。黄容等[18]研究表明，西南丘陵山区紫色土水稻-儿菜轮作体系中秸秆全量覆盖还田与化肥减量10 %对水稻的增产效果最佳，而秸秆全量覆盖还田与化肥减量30 %对儿菜增产效果最佳。李硕[19]研究表明关中地区麦玉轮作体系中双季秸秆全量旋耕直接还田与氮肥减量15 %对作物籽粒产量影响不显著。殷尧翥等[20]研究表明稻油轮作下油菜秸秆堆腐还田较直接还田对水稻产量及其构成因素影响更显著。本试验中两季作物秸秆促腐还田与化肥减量15 %配施，减产幅度较小。本试验中水稻和油菜对化肥减量的响应存在差异，因此今后应探索秸秆还田条件下适宜本地区水稻和油菜化肥减量的比例。因此，秸秆还田条件下化肥减量技术应同时考虑不同作物对肥料的响应及秸秆养分替代量等因素确定化肥减量比例。

农民经济效益最大化不仅受作物产量的影响，还与生产成本及其效率高低密切相关，其中劳动力、肥料投入是粮食生产中主要的投入要素[21]，随着农村劳动力短缺现象普遍，劳动力成本成为影响农业种植效益的主要因素之一。农业现代化是未来农业发展的必然趋势，农业机械化则是实现农业现代化的重要前提，在提高农业生产效率和节约成本方面具有重要作用[22]。本试验中秸秆不还田处理移除秸秆的人工成本是秸秆还田处理中机械秸秆粉碎费用的6.67倍。肥料投入成本方面，SD+85 %NPK和SD+70 %NPK处理较常规化肥处理分别降低624.23和1248.46元/hm2。S+NPK、SD+NPK、SD+85 %NPK和SD+70 %NPK处理较常规化肥处理成本分别节约2550.00、3000.00、3174.23、3798.47元/hm2，净收益分别增加5394.26、5308.79、1032.15和-271.82元/hm2。

4 结 论

秸秆还田和化肥减量措施协同应用节约成本优势明显，秸秆还田与常规化肥配施增效显著。稻油轮作体系中两季作物秸秆全量促腐还田与常规化肥配施增产和增效显著，秸秆促腐还田与化肥减量15 %节约成本优势明显，既可以维持作物稳产，提高经济效益，又可以降低环境污染风险，是一种适宜该区域生态农业发展的绿色生产模式。